長沙理工大學工程地質(zhì)

1、造巖礦物造巖礦物3 1巖漿巖巖漿巖3 23 3第一章第一章巖巖 石石工程地質(zhì)工程地質(zhì)3 43 5.1 .1 造巖礦物造巖礦物工程地質(zhì)工程地質(zhì)1.1.1 基本概念基本概念1.巖石的概念巖石的概念:在一定的地質(zhì)在一定的地質(zhì)作用下形成的由作用下形成的由一種一種或多種礦物按一定的規(guī)律組成的或多種礦物按一定的規(guī)律組成的自自然集合體然集合體。工程地質(zhì)工程地質(zhì)2.礦物的概念礦物的概念:在一定的地質(zhì)在一定的地質(zhì)作用下形成的作用下形成的具有一定具有一定化學成分和物理性質(zhì)的自然元素或化化學成分和物理性質(zhì)的自然元素或化合物。巖石中的常見礦物稱為造巖礦合物。巖石中的常見礦物稱為造巖礦物，絕大部分為結(jié)晶質(zhì)。物，絕大部分

2、為結(jié)晶質(zhì)。工程地質(zhì)工程地質(zhì)原生礦原生礦物物次生礦物次生礦物變質(zhì)礦物變質(zhì)礦物巖漿巖漿 冷凝冷凝化學風化化學風化 新礦物新礦物變質(zhì)作用變質(zhì)作用巖石礦物按形成原因分為巖石礦物按形成原因分為:工程地質(zhì)工程地質(zhì)原生礦物原生礦物 石英石英次生礦物高嶺土次生礦物高嶺土變質(zhì)礦物金剛石變質(zhì)礦物金剛石1.1.2 1.1.2 礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)：顏色：顏色工程地質(zhì)工程地質(zhì)1.顏色顏色:主要是由于礦物吸收可見光后而產(chǎn)主要是由于礦物吸收可見光后而產(chǎn)生的。生的。 .(1)自色：自色：是礦物自身所固有的顏色。是礦物自身所固有的顏色。(2)他色：他色：是礦物中混入了少量雜質(zhì)所引起是礦物中混入了少量雜質(zhì)所引起的。的。

3、(3) 假色：假色：是礦物內(nèi)部的里裂隙或表面的氧是礦物內(nèi)部的里裂隙或表面的氧化膜對光的折射、散射造成的?；獾恼凵?、散射造成的。1.1.2 1.1.2 礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)：顏色：顏色工程地質(zhì)工程地質(zhì)條痕條痕(粉末粉末)色：色：是礦物在條痕板（白瓷是礦物在條痕板（白瓷板）上擦劃后留下的痕跡（實際是礦物板）上擦劃后留下的痕跡（實際是礦物的粉末）的顏色。的粉末）的顏色。比礦物顆粒的顏色更為固定。故可用來比礦物顆粒的顏色更為固定。故可用來鑒定礦物。鑒定礦物。1.1.2 1.1.2 礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)：光澤：光澤(1)玻璃光澤玻璃光澤 工程地質(zhì)工程地質(zhì)(2)珍珠光澤珍珠光澤(3)

4、絲絹光澤絲絹光澤 (4) 油脂光澤油脂光澤 (5)蠟狀光澤蠟狀光澤 (6)土狀土狀光澤光澤 玻璃光澤玻璃光澤蠟狀光澤蠟狀光澤油脂光澤油脂光澤2.光澤光澤:是礦物表面對光線反射和折射的程度是礦物表面對光線反射和折射的程度1.1.2 1.1.2 礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)：光澤：光澤工程地質(zhì)工程地質(zhì)珍珠光澤珍珠光澤云母云母絲絹光澤絲絹光澤石膏石膏1.1.2 1.1.2 礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)：硬度：硬度工程地質(zhì)工程地質(zhì) 3.硬度：硬度：指礦物抵抗外力刻劃、研磨的能力指礦物抵抗外力刻劃、研磨的能力 。野外工作中我們常用指甲和小刀來判斷野外工作中我們常用指甲和小刀來判斷礦物的硬度，并將其分為三

5、級：礦物的硬度，并將其分為三級：軟礦物（指甲能刻劃）；軟礦物（指甲能刻劃）；中等硬度礦物（硬度介于指甲與小刀之間）；中等硬度礦物（硬度介于指甲與小刀之間）；硬礦物（小刀不能刻劃）。硬礦物（小刀不能刻劃）。摩式摩式硬度計硬度計1滑石滑石4螢石螢石5磷灰石磷灰石6正長石正長石7石英石英工程地質(zhì)工程地質(zhì)2石膏石膏3方解石方解石8黃玉黃玉9剛玉剛玉10金剛石金剛石常用摩氏硬度計來測量礦物的硬度，并常用摩氏硬度計來測量礦物的硬度，并將礦物的硬度分為十級，分別用十將礦物的硬度分為十級，分別用十種硬度不同的礦物代表。種硬度不同的礦物代表。1.1.2 1.1.2 礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)：解理：解理工程地

6、質(zhì)工程地質(zhì)4.節(jié)理、斷口：節(jié)理、斷口：解理解理是礦物能沿一定方向是礦物能沿一定方向裂開成光滑平面的性質(zhì)；裂開的光滑平面裂開成光滑平面的性質(zhì)；裂開的光滑平面稱解理面。不具方向性的不規(guī)則破裂面稱稱解理面。不具方向性的不規(guī)則破裂面稱斷口。斷口。工程地質(zhì)工程地質(zhì)不完全解理：不完全解理：常出現(xiàn)斷口，解理面很難出現(xiàn)。常出現(xiàn)斷口，解理面很難出現(xiàn)。如磷灰石。如磷灰石。極完全解理：極完全解理：極易裂成薄片，解理面大、完極易裂成薄片，解理面大、完整、平滑。整、平滑。 如云母。如云母。完全解理：完全解理：易裂成小塊，解理面光滑，如方易裂成小塊，解理面光滑，如方解石。解石。中等解理：中等解理：既有解理面，又有斷口，如

7、正長既有解理面，又有斷口，如正長石。石。不完全解理：不完全解理：常出現(xiàn)斷口，解理面很難出現(xiàn)。常出現(xiàn)斷口，解理面很難出現(xiàn)。如磷灰石。如磷灰石。1.1.2 1.1.2 礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)：解理：解理1.1.2 1.1.2 礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)：解理解理工程地質(zhì)工程地質(zhì)極完全解理極完全解理:云母云母工程地質(zhì)工程地質(zhì)完全解理完全解理方解石方解石中等解理中等解理角閃石角閃石1.1.3 1.1.3 常見造巖礦物常見造巖礦物工程地質(zhì)工程地質(zhì)1. 工程地質(zhì)工程地質(zhì)正長石正長石2.1.1.3 1.1.3 常見造巖礦物常見造巖礦物工程地質(zhì)工程地質(zhì)3.1.1.3 1.1.3 常見造巖礦物常見造巖礦

8、物工程地質(zhì)工程地質(zhì)黑云母黑云母4.黑云母黑云母:片狀解理完全，可以順著解片狀解理完全，可以順著解理面剝成很薄的薄片；珍珠光澤，硬理面剝成很薄的薄片；珍珠光澤，硬度度2-3，薄片具彈性；云母具有良好絕，薄片具彈性；云母具有良好絕緣性，可用于電器工業(yè)中緣性，可用于電器工業(yè)中1.1.3 1.1.3 常見造巖礦物常見造巖礦物工程地質(zhì)工程地質(zhì)5. 1.1.3 1.1.3 常見造巖礦物常見造巖礦物工程地質(zhì)工程地質(zhì)6.1.1.3 1.1.3 常見造巖礦物常見造巖礦物工程地質(zhì)工程地質(zhì)7.1.1.3 1.1.3 常見造巖礦物常見造巖礦物工程地質(zhì)工程地質(zhì)角閃石角閃石輝石輝石 1.1.3 1.1.3 常見造巖礦物常

9、見造巖礦物工程地質(zhì)工程地質(zhì)滑石滑石高嶺石高嶺石橄欖石橄欖石1.2 1.2 巖巖 漿漿 巖巖 工程地質(zhì)工程地質(zhì)巖漿巖是巖漿巖漿巖是巖漿冷凝形成的巖冷凝形成的巖石。若巖漿在石。若巖漿在地表以下冷凝地表以下冷凝形成的巖石叫形成的巖石叫侵入巖；若巖侵入巖；若巖漿噴出地表冷漿噴出地表冷凝形成的巖石凝形成的巖石叫噴出巖。叫噴出巖。工程地質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)(1)工程地質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì) 1.2.3 1.2.3 常見的巖漿巖常見的巖漿巖工程地質(zhì)工程地質(zhì)流紋巖（流紋巖（噴出巖）噴出巖）花崗巖（花崗巖（侵入巖）侵入巖）閃長巖（閃長巖（侵入巖）侵入巖） 1.2.3 1.2.3 常見的巖漿巖常見的巖漿

10、巖工程地質(zhì)工程地質(zhì)玄武巖玄武巖（噴出巖）噴出巖）安山巖（安山巖（噴出巖噴出巖）1.3 1.3 沉沉 積積 巖巖 工程地質(zhì)工程地質(zhì)沉積巖沉積巖 : 在在地表或近地地表或近地表的條件下，表的條件下，由母巖風化由母巖風化剝蝕的的產(chǎn)剝蝕的的產(chǎn)物，經(jīng)搬運、物，經(jīng)搬運、沉積和固結(jié)沉積和固結(jié)而形成的巖而形成的巖石。石。1.3.1 1.3.1 沉積巖的物質(zhì)組成沉積巖的物質(zhì)組成工程地質(zhì)工程地質(zhì)沉積巖中的膠結(jié)物對巖石工程性質(zhì)有大影響。沉積巖中的膠結(jié)物對巖石工程性質(zhì)有大影響。常見的膠結(jié)物有：硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)。常見的膠結(jié)物有：硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)。沉積巖主要由碎屑物質(zhì)、黏土礦物、化學沉沉積巖主要由碎屑物質(zhì)、黏

11、土礦物、化學沉積礦物、有機質(zhì)及生物殘骸組成。積礦物、有機質(zhì)及生物殘骸組成。沉積巖中的膠結(jié)物對巖石工程性質(zhì)有較大影響。沉積巖中的膠結(jié)物對巖石工程性質(zhì)有較大影響。常見的膠結(jié)物有：硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、常見的膠結(jié)物有：硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)。泥質(zhì)。工程地質(zhì)工程地質(zhì)、泥質(zhì)、泥質(zhì)、結(jié)晶、結(jié)晶工程地質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)沉積巖的層理構(gòu)造沉積巖的層理構(gòu)造平行層理平行層理斜層理斜層理波狀層理波狀層理印模印模粒序?qū)永砹Ｐ驅(qū)永斫徊鎸永斫徊鎸永砉こ痰刭|(zhì)工程地質(zhì) 化石化石1.3.3 1.3.3 常見的沉積巖常見的沉積巖工程地質(zhì)工程地質(zhì)礫巖（礫巖（碎屑巖類）碎屑巖類）砂巖（砂巖（碎屑巖類）碎屑巖類）泥巖（泥巖（黏土巖類

12、）黏土巖類）1.3.3 1.3.3 常見的沉積巖常見的沉積巖工程地質(zhì)工程地質(zhì)頁巖頁巖（黏土巖類）黏土巖類）石灰?guī)r石灰?guī)r（化學及生物化學巖類）化學及生物化學巖類）白云巖白云巖（化學及化學及生物化學巖類）生物化學巖類）變質(zhì)巖變質(zhì)巖 原巖在地殼中由于物理化學原巖在地殼中由于物理化學條件發(fā)生變化而形成的巖石。條件發(fā)生變化而形成的巖石。1.4 1.4 變變 質(zhì)質(zhì) 巖巖 工程地質(zhì)工程地質(zhì) 埋藏變質(zhì)埋藏變質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)接觸變質(zhì)接觸變質(zhì)動力變質(zhì)動力變質(zhì)1.4.1 1.4.1 變質(zhì)巖的礦物成分變質(zhì)巖的礦物成分工程地質(zhì)工程地質(zhì)組成變質(zhì)巖的礦物可以分成兩類：組成變質(zhì)巖的礦物可以分成兩類：(1)三大類巖石中共存的

13、礦物，如石英、三大類巖石中共存的礦物，如石英、長石、云母、角閃石等叫貫通礦石；長石、云母、角閃石等叫貫通礦石；(2)變質(zhì)巖中特有的礦物變質(zhì)巖中特有的礦物變質(zhì)礦物，變質(zhì)礦物，變質(zhì)作用中產(chǎn)生的新礦物，如石榴石、變質(zhì)作用中產(chǎn)生的新礦物，如石榴石、紅柱石、藍晶石、硅灰石、綠泥石等。紅柱石、藍晶石、硅灰石、綠泥石等。 變質(zhì)礦物是鑒別變質(zhì)巖的重要標志。變質(zhì)礦物是鑒別變質(zhì)巖的重要標志。 工程地質(zhì)工程地質(zhì)、變晶、變晶及碎裂及碎裂1.4.3 1.4.3 常見的變質(zhì)巖常見的變質(zhì)巖工程地質(zhì)工程地質(zhì)泥巖（黏土巖類）1.4.3 1.4.3 常見的變質(zhì)巖常見的變質(zhì)巖工程地質(zhì)工程地質(zhì)大理大理巖巖石英巖石英巖 1.5 1.5

14、 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)包括巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)包括: 物理性質(zhì)、水理物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學性質(zhì)。性質(zhì)、力學性質(zhì)。就大多數(shù)的工程地質(zhì)問題來看，巖體的工程就大多數(shù)的工程地質(zhì)問題來看，巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)，主要決定于巖體內(nèi)部裂裂隙系統(tǒng)地質(zhì)性質(zhì)，主要決定于巖體內(nèi)部裂裂隙系統(tǒng)的性質(zhì)及其分布情況，但巖石本身的性質(zhì)也的性質(zhì)及其分布情況，但巖石本身的性質(zhì)也起著重要的作用。起著重要的作用。1.51.5. .1 1 巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的常用指標巖石工程地質(zhì)性質(zhì)的常用指標工程地質(zhì)工程地質(zhì)1.巖石的物理性質(zhì)指標巖石的物理性質(zhì)指標(1)巖石的密度：巖石單位體積的質(zhì)量，巖石的

15、密度：巖石單位體積的質(zhì)量，單位為單位為g/cm3，其常見范圍為，其常見范圍為2.12.7 g/cm3 。工程地質(zhì)工程地質(zhì)(2)巖石的相對密度：在巖石的相對密度：在4時巖石的質(zhì)時巖石的質(zhì)量與同體積的純水的質(zhì)量之比，為一無量與同體積的純水的質(zhì)量之比，為一無量綱量。其常見范圍為量綱量。其常見范圍為2.62.9。(3)巖石的孔隙率：巖樣中的孔隙體積巖石的孔隙率：巖樣中的孔隙體積與巖樣總體積之百分比。巖石的孔隙率與巖樣總體積之百分比。巖石的孔隙率愈大，其力學性質(zhì)愈差。愈大，其力學性質(zhì)愈差。1.1.巖石的物理性質(zhì)指標巖石的物理性質(zhì)指標(4)巖石的吸水性：巖石的吸水性：吸水率吸水率(w1)是指在自然條件下，

16、巖樣中所是指在自然條件下，巖樣中所含有的水分質(zhì)量含有的水分質(zhì)量(m w1)與干巖樣的質(zhì)量與干巖樣的質(zhì)量(ms)百分比，其表達式為百分比，其表達式為工程地質(zhì)工程地質(zhì)100%mmmwssW111.1.巖石的物理性質(zhì)指標巖石的物理性質(zhì)指標工程地質(zhì)工程地質(zhì)1.1.巖石的物理性質(zhì)指標巖石的物理性質(zhì)指標巖石的吸水率大，則水對巖石韻浸蝕、軟巖石的吸水率大，則水對巖石韻浸蝕、軟化作用就強，巖石強度和穩(wěn)定性受水作用化作用就強，巖石強度和穩(wěn)定性受水作用的影響也就顯著。的影響也就顯著。巖石的飽水率巖石的飽水率(w2) 是指在高壓是指在高壓( 1 5MPa ）或真空條件下巖石的吸水能力，以該條件或真空條件下巖石的吸水

17、能力，以該條件下巖石所吸水分質(zhì)量與干燥巖石質(zhì)量之比，下巖石所吸水分質(zhì)量與干燥巖石質(zhì)量之比，用百分數(shù)表示。用百分數(shù)表示。巖石的飽水系數(shù)巖石的飽水系數(shù)是其吸水率與飽水率是其吸水率與飽水率之比。飽水系數(shù)愈大，巖石的抗凍性之比。飽水系數(shù)愈大，巖石的抗凍性愈差。一般認為飽水系數(shù)小于愈差。一般認為飽水系數(shù)小于 0.8 的的巖石是抗凍的。巖石是抗凍的。工程地質(zhì)工程地質(zhì)1.1.巖石的物理性質(zhì)指標巖石的物理性質(zhì)指標工程地質(zhì)工程地質(zhì).巖石的水理性巖石的水理性(1)巖石的透水性：是指巖石允許水通過巖石的透水性：是指巖石允許水通過的能力。用滲透系數(shù)（的能力。用滲透系數(shù)（ K ）來表示。滲）來表示。滲透系數(shù)等于水力坡降

18、為透系數(shù)等于水力坡降為 1 時，水在巖石時，水在巖石中的滲透速度，其單位用中的滲透速度，其單位用 m/d 或或 cm/s 表示。表示。 1.5 1.5 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)(1)巖石的溶解性：是指巖石溶解于水的巖石的溶解性：是指巖石溶解于水的性質(zhì)，常用溶解度或溶解速度來表示。性質(zhì)，常用溶解度或溶解速度來表示。在自然界中常見的可溶性巖石，有石膏、在自然界中常見的可溶性巖石，有石膏、巖鹽、石灰?guī)r、白云巖及大理巖等。巖鹽、石灰?guī)r、白云巖及大理巖等。 . .巖石的水理性巖石的水理性工程地質(zhì)工程地質(zhì)(1)(1)巖石的透水性：是指巖石允許水通過巖石的透水性：是指巖石允許水通

19、過的能力。用滲透系數(shù)（的能力。用滲透系數(shù)（ K K ）來表示。滲）來表示。滲透系數(shù)等于水力坡降為透系數(shù)等于水力坡降為 1 1 時，水在巖石時，水在巖石中的滲透速度，其單位用中的滲透速度，其單位用 m/d m/d 或或 cm/s cm/s 表示。表示。.巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)(2)巖石的溶解性：是指巖石溶解于水的巖石的溶解性：是指巖石溶解于水的性質(zhì)，常用溶解度或溶解速度來表示。性質(zhì)，常用溶解度或溶解速度來表示。在自然界中常見的可溶性巖石，有石膏、在自然界中常見的可溶性巖石，有石膏、巖鹽、石灰?guī)r、白云巖及大理巖等。巖鹽、石灰?guī)r、白云巖及大理巖等。 . .巖石的水理性質(zhì)巖石的水

20、理性質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì) . .巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)(3)巖石的軟化性：是指巖石在水的作用巖石的軟化性：是指巖石在水的作用下，強度及穩(wěn)定性降低的一種性質(zhì)。用下，強度及穩(wěn)定性降低的一種性質(zhì)。用軟化系數(shù)來表示，它等于巖石在飽水狀軟化系數(shù)來表示，它等于巖石在飽水狀態(tài)下的極限抗壓強度與巖石在風干狀態(tài)態(tài)下的極限抗壓強度與巖石在風干狀態(tài)下極限抗壓強度的比值。其值越小，表下極限抗壓強度的比值。其值越小，表示巖石在水作用下的強度和穩(wěn)定性越差。示巖石在水作用下的強度和穩(wěn)定性越差。工程地質(zhì)工程地質(zhì) (3)(3)巖石的軟化性巖石的軟化性未受風化作用的巖漿巖和某些變質(zhì)巖，未受風化作用的巖漿巖和某些變質(zhì)巖，軟化系

21、數(shù)大都接近于軟化系數(shù)大都接近于 1 ，是弱軟化的，是弱軟化的巖石，其抗水、抗風化和抗凍性強；巖石，其抗水、抗風化和抗凍性強；軟化系數(shù)小于軟化系數(shù)小于0 . 75 的巖石，認為是的巖石，認為是強軟化的巖石，工程性質(zhì)比較差。強軟化的巖石，工程性質(zhì)比較差。工程地質(zhì)工程地質(zhì)(4)巖石的抗凍性：巖石的抗凍性：巖石孔隙中有水存在時，因水結(jié)冰體積巖石孔隙中有水存在時，因水結(jié)冰體積膨脹產(chǎn)生的壓力致使巖石的強度和穩(wěn)定膨脹產(chǎn)生的壓力致使巖石的強度和穩(wěn)定性破壞。巖石抵抗這種冰凍作用的能力，性破壞。巖石抵抗這種冰凍作用的能力，稱為抗凍性。稱為抗凍性。 巖石的抗凍性，一般用巖巖石的抗凍性，一般用巖石的抗凍試驗前后抗壓強

22、度的降低率表示石的抗凍試驗前后抗壓強度的降低率表示 抗壓強度降低率小于抗壓強度降低率小于 20 25 的巖石，的巖石，為抗凍的；大于為抗凍的；大于 25 的巖石，為非抗凍的巖石，為非抗凍的。的。 . .巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)3.3.巖石的力學性質(zhì)巖石的力學性質(zhì)工程地質(zhì)工程地質(zhì)（1）巖石的強度指標）巖石的強度指標抗壓強度（抗壓強度（ fr ) ：巖石在單向壓力：巖石在單向壓力作用下，抵抗壓碎破壞的能力。作用下，抵抗壓碎破壞的能力?？估瓘姸龋估瓘姸龋╰) ：巖石單向拉伸時，：巖石單向拉伸時，抵抗抵抗 拉斷破壞的能力。拉斷破壞的能力。工程地質(zhì)工程地質(zhì)抗剪斷強度是指在垂直壓力作用下的巖抗剪斷強度是指在垂直壓力作用下的巖石剪斷強度。堅硬巖石因結(jié)晶聯(lián)結(jié)或膠結(jié)石剪斷強度。堅硬巖石因結(jié)晶聯(lián)結(jié)或膠結(jié)聯(lián)結(jié)牢固，因此其抗剪斷強度較高。聯(lián)結(jié)牢固，因此其抗剪斷強度較高。